CN111429420A - 混凝土搅拌匀质度检测方法、系统及混凝土搅拌控制方法 - Google Patents

混凝土搅拌匀质度检测方法、系统及混凝土搅拌控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混凝土搅拌匀质度检测方法，包括：采集搅拌主机内混凝土的样本图像；对所述样本图像进行灰度化处理，得到灰度图像；获取所述灰度图像中像素的灰度值分布范围的灰度范围值；将所述灰度范围值与预设的范围阈值进行比较，以判断混凝土匀质度是否合格。本发明通过对样本图像的处理来判定混凝土的匀质度是否合格，在测量过程中不会与混凝土物料发生接触，避免了检测行为受到混凝土物料的磨损和对混凝土搅拌质量的影响。

Description

混凝土搅拌匀质度检测方法、系统及混凝土搅拌控制方法
技术领域
本发明涉及工程设备技术领域，特别涉及一种混凝土搅拌匀质度检测方法、系统、一种混凝土搅拌控制方法以及一种混凝土搅拌控制方法。
背景技术
混凝土匀质度指混凝土拌合物中各原材料组份在空间分布的均匀程度，是衡量新拌混凝土生产质量的重要指标。在混凝土搅拌生产过程中，混凝土各原材料在搅拌主机内随着搅拌时间的增加而逐渐分布均匀，当匀质度合格后则打开出砼门卸料完成搅拌。若搅拌时间过短则匀质度不达标，影响混凝土的成品质量，搅拌时间过长则影响生产效率，因此如何判断混凝土匀质度是否合格以确定最佳搅拌时间是搅拌站行业内的难点。
传统方法对匀质度的判断是通过操作人员从搅拌机观察口或卸料口观察混凝土拌合的均匀情况，结合实际生产经验对混凝土匀质度进行评估，并以此为基础进行搅拌时间的设定和其他生产调整。这种方式过于依赖工作人员的主观经验，受人为因素影响大且无法参与生产自动化控制。现有技术中，也有的利用传感器测量搅拌过程中混凝土的匀质情况的检测方式，但是传感器测量值与混凝土匀质度的相关性受生产要素和环境影响较大，不能准确反映整盘混凝土在搅拌过程中匀质度的变化。同时，传感器在检测过程中需要与混凝土发生直接接触，容易受到混凝土中物料的磨损导致使用寿命下降。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种混凝土搅拌匀质度检测方法、系统、一种混凝土搅拌控制方法以及一种混凝土搅拌控制方法，能够准确的检测混凝土的匀质度，且无需直接接触混凝土本身，因此不会损坏检测所用的设备。
为达到上述目的，本发明公开了一种混凝土搅拌匀质度检测方法，包括：
采集搅拌主机内混凝土的样本图像；
对所述样本图像进行灰度化处理，得到灰度图像；
获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值；
将所述灰度范围值与预设的范围阈值进行比较，若所述灰度范围值小于所述范围阈值，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格。
其中，所述灰度范围值用于反映所述灰度图像中像素的灰度值分布范围。
本发明还公开了一种混凝土搅拌匀质度检测系统，包括：
图像采集模块，用于采集搅拌主机内混凝土的样本图像；
灰度化处理模块，用于对所述样本图像进行灰度化处理，得到灰度图像；
计算模块，用于获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值；
判定模块，用于将所述灰度范围值与预设的范围阈值进行比较，若所述灰度范围值小于所述范围阈值，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格。
其中，所述灰度范围值用于反映所述灰度图像中像素的灰度值分布范围。
本发明还公开了一种混凝土搅拌控制方法，包括：
根据上述的混凝土搅拌匀质度检测方法判定所述混凝土搅拌的匀质度；
若判定所述混凝土搅拌的匀质度为合格，则控制出砼门打开，完成搅拌生产。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述的混凝土搅拌匀质度检测方法和混凝土搅拌控制方法。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过对样本图像的处理来判定混凝土的匀质度是否合格，在测量过程中不会与混凝土物料发生接触，避免了检测行为受到混凝土物料的磨损和对混凝土搅拌质量的影响。同时，该检测方式是对大量区域内混凝土进行匀质度的分析判断而非对局部混凝土样本进行取样检测，因此相较于利用传感器检测匀质度的方法具有更高直观性和可靠性。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明实施方式所述的混凝土搅拌匀质度检测方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
本发明公开了一种混凝土搅拌匀质度检测方法，包括：
(1)采集搅拌主机内混凝土的样本图像。混凝土在搅拌过程中表面纹理不断发生变化，混凝土尚未搅拌均匀时，表面纹理较粗糙，纹理沟纹较深；混凝土搅拌均匀时，表面纹理较光滑，纹理沟纹较浅，因此样本图像可以有效的反映混凝土拌合物表面纹理粗糙程度的信息。
(2)对所述样本图像进行灰度化处理，得到灰度图像，所述的灰度图像能真实客观地反应混凝土拌合过程中表面纹理分布情况的。
(3)获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值，其中，灰度范围值用于反映所述灰度图像中像素的灰度值分布范围的大小。所述灰度图像中各像素的灰度值不尽相同，若像素的灰度值越接近则说明搅拌的匀质度越高，灰度范围值越大，说明灰度图像中各像素的灰度值相差较小，即混凝土表面纹理光滑均匀、匀质度越高。值得一提的是，由于实际搅拌过程中可能存在各部分不均匀的情况，即灰度图像中一些部分像素反映的混凝土是已经搅拌均匀的，但另一部分像素所反映的混凝土是搅拌不均匀的，所以本实施例要获取灰度图像的全部像素的灰度范围值，以实现对全部混凝土进行检测，防止出现误差。
(4)将所述灰度范围值与预设的范围阈值进行比较，范围阈值是在实施上述步骤前利用本领域常规实验手段得到的信息，其具体计算过程本发明不再详细说明。若所述灰度范围值小于所述范围阈值，说明灰度图像各像素的灰度值差异较小，且整体分布在较窄的灰度值分布范围内，即混凝土表面纹理光滑均匀，因此可以判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格。
在本发明的一些实施例中，可以采用摄像头等设备持续采集搅拌主机内混凝土的图像，得到视频混凝土搅拌的视频信息，该视频信息还能够通过无线/有线通信的方式传输至监控端，方便工作人员掌握现场情况。事先预设好取样时间，并选取预设的取样时间对应的图像作为样本图像，例如在开始搅拌后，在视频的第200毫秒、400毫秒、600毫秒、......抽取一帧的图像作为样本图像进行上述的检测，即每次抽取图像的时间间隔为200毫秒，直至检测结果为合格为止。值得一提的是，根据实际情况和需求，所设定的取样时间的间隔也可以是非固定的。
在本发明的一些实施例中，也可以采用如下方式获取样本图像：持续采集搅拌主机内混凝土的图像，并且在每个预设的取样周期中，选取一帧或一帧以上的图像作为所述样本图像。通过对多个样本图像的识别验证，避免了单一样本图像的错误检测。
在本发明的一些实施例中，所述采集搅拌主机内混凝土的样本图像之前，还可以根据实际情况对搅拌主机内进行补光及除尘，进而保证样本图像的清晰度，例如，在搅拌过程中可能出现烟尘较大的情况，可以通过各类现有的除尘装置进行除尘；在夜间作业时，光线不足，可以通过在安装照明设备来进行补光。
在本发明的一些实施例中，为保证样本图像能够真实准确的反映现场情况，可以对所述灰度图像进行滤波降噪处理，以消除图像采集时噪声对混凝土图像纹理细节的影响，优选的，对所述样本图像进行灰度化处理，得到初阶图像；初阶图像进行滤波降噪处理，得到所述灰度图像。降噪处理算法可采用现有均值滤波法或中值滤波法，本文不再详细说明。
在本发明的一些实施例中，样本图像中可能并非全部是拍摄到的混凝土的图像信息，也可能会包含搅拌主机等干扰图像信息，所以所述获取所述灰度图像中像素的灰度值分布范围的灰度范围值之前，还包括：
对所述灰度图像进行分区，得到反映混凝土纹理分布的像素纹理区，之后仅需获取所述像素纹理区中像素的灰度值分布范围的灰度范围值。像素纹理区之外的并非反映混凝土的图像信息，这些干扰的图像信息往往在样本图像中的位置是固定的，这会极大影响灰度范围值的准确性，因此需要对非像素纹理区进行排除后再处理灰度图像。
在本发明的一些实施例中，混凝土在搅拌主机内不断运动，搅拌主机叶片会对混凝土的周期性搅动会破坏混凝土的表面纹理的均匀性，为降低搅拌叶片对混凝土表面纹理的周期性影响，在所述获取所述灰度图像中像素的灰度值分布范围的灰度范围值之前，还包括：
在像素纹理区中选择一个以上的子区域，每个所述子区域的大小相同，即包含有同样数量的像素，然后分别对各子区域进行处理计算灰度范围值，获取各所述子区域中最小的灰度范围值，作为后续判定所依据的灰度范围值。通过上述方式，将所述像素纹理区进一步化整为零，有效的避免了搅拌主机叶片等设备对灰度图像的干扰。
在本发明的一些实施例中，灰度图像的二阶灰度矩(二阶矩)，能够用于反映待测区域颜色方差和不均匀性，即所述二阶灰度矩能够用于反映混凝土表面纹理的粗糙程度。本实施例可以通过计算二阶灰度矩来表征混凝土表面纹理的粗糙程度，可以将该值作为描述混凝土表面纹理粗糙程度的纹理指数，纹理指数越小，则表明区域内像素的纹理分布越光滑，当前混凝土搅拌匀质度越趋于合格。
在本发明的一些实施例中，为保证检测的严密性，需要有多个检测检测结果为合格才能最终判断匀质度是否符合标准，例如，分别将X个连续的所述取样周期采集的所述灰度范围值与所述范围阈值进行比较，若所有的所述灰度范围值均小于所述范围阈值，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格；其中，X为大于零的自然数；类似的，也可以分别将X个连续的所述取样时间采集的所述灰度范围值与所述范围阈值进行比较，并判定。
本发明还公开了一种混凝土搅拌匀质度检测系统，包括：
图像采集模块，用于采集搅拌主机内混凝土的样本图像；
灰度化处理模块，用于对所述样本图像进行灰度化处理，得到灰度图像；
计算模块，用于获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值，其中，所述灰度范围值用于反映所述灰度图像中像素的灰度值分布范围；
判定模块，用于将所述灰度范围值与预设的范围阈值进行比较，若所述灰度范围值小于所述范围阈值，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格。
在本发明的一些实施例中，所述图像采集模块，具体用于：持续采集搅拌主机内混凝土的图像，并选取预设的取样时间对应的图像作为样本图像。
在本发明的一些实施例中，所述图像采集模块，具体用于：持续采集搅拌主机内混凝土的图像，并且在每个预设的取样周期中，选取一帧或一帧以上的图像作为所述样本图像。
在本发明的一些实施例中，该系统还包括：除尘装置，用于对所述搅拌主机内进行除尘；和/或，照明装置，用于对所述搅拌主机内进行补光。
在本发明的一些实施例中，所述灰度化处理模块，还用于：
对所述样本图像进行灰度化处理，得到初阶图像；
初阶图像进行滤波降噪处理，得到所述灰度图像。
在本发明的一些实施例中，该系统还包括：
第一分区模块，用于对所述灰度图像进行分区，得到反映混凝土纹理分布的像素纹理区；
所述计算模块，具体用于：获取关于所述像素纹理区全部像素的灰度范围值。
在本发明的一些实施例中，该系统还包括：
第二分区模块，用于在像素纹理区中选择一个以上的子区域，每个所述子区域的大小相同；
所述计算模块，用于选择各所述子区域中最小的灰度范围值。
在本发明的一些实施例中，所述计算模块，用于：计算所述灰度图像的二阶灰度矩，所述二阶灰度矩用于反映混凝土表面纹理的粗糙程度；
所述判定模块，具体用于：将所述二阶灰度矩与预设的标准二阶矩进行比较，若所述二阶灰度矩小于所述标准二阶矩，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格。
在本发明的一些实施例中，所述判定模块，具体用于：
分别将X个连续的所述取样周期采集的所述灰度范围值与所述范围阈值进行比较，若所有的所述灰度值范围值均小于所述范围阈值，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格；
其中，X为大于零的自然数。
本发明还公开了一种混凝土搅拌控制方法，包括：
根据上述各实施例所述的方法判定所述混凝土搅拌的匀质度；
若判定所述混凝土搅拌的匀质度为合格，则控制出砼门打开，完成搅拌生产。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述各实施例所述的方法。
以下对本发明的一个优选实施方式进行详细说明：
首先，对搅拌主机内部混凝土搅拌图像进行采集。可在搅拌主机观察口上方安装图像采集设备，如高清摄像头，图像传感器通过支架固定在搅拌主机观察口处，由上至下对搅拌机内部混凝土的拌合过程进行持续拍摄，必要时可设置照明装置和除尘装置，以减小搅拌机内部能见度低、灰尘较多等因素对图像采集清晰度的影响。
上位控制设备优选为工控机，通过工业以太网与图像采集设备相连接。上位控制设备可以实时通过图像采集设备采集到混凝土搅拌主机内混凝土的样本图像，每个控制周期内选择一帧图像作为当前周期内混凝土的样本图像，或者每个控制周期内只采集一帧图像作为当前周期搅拌主机内混凝土的样本图像。
本发明的原理在于，混凝土在搅拌过程中表面纹理不断发生变化，混凝土尚未搅拌均匀时，表面纹理较粗糙，纹理沟纹较深；混凝土搅拌均匀时，表面纹理较光滑，纹理沟纹较浅，因此可以通过计算混凝土拌合物表面纹理粗糙程度的方式来对搅拌过程中混凝土匀质度的变化进行表征。
混凝土表面的纹理细节是通过混凝土图像像素的灰度级分布体现的，对样本图像进行灰度化处理，使样本图像能真实客观地反映混凝土拌合过程中表面纹理分布情况的。对样本图像进行滤波降噪处理，消除图像采集时噪声对混凝土图像纹理细节的影响，降噪处理算法可采用均值滤波法或中值滤波法。提取混凝土拌合物对应的像素区域，像素区域优选搅拌主机两搅拌轴之间混凝土部分对应的区域，用以避免图像采集设备拍摄到的搅拌机缸壁和搅拌轴对图像处理分析产生的干扰。
混凝土表面纹理光滑均匀时，灰度图像中所对应的像素具有相近的灰度值，像素区域内像素的灰度级分布在较窄的范围内。相反，如果混凝土对应的像素灰度级分布范围较大，则说明混凝土表面纹理较粗糙和不均匀。通过计算指定像素区域(像素纹理区)的二阶灰度矩来表征混凝土表面纹理的粗糙程度，因此将该值作为描述混凝土表面纹理粗糙程度的纹理指数，纹理指数越小，则表明区域内像素的纹理分布越光滑，当前混凝土搅拌匀质度越趋于合格。
混凝土在搅拌主机内不断运动，搅拌主机叶片会对混凝土的周期性搅动会破坏混凝土的表面纹理的均匀性，为降低搅拌叶片对混凝土表面纹理的周期性影响，选取多个像素区域进行纹理指数的计算，各像素区域大小需保持一致，并且在同一时刻至少有一个像素区域内的混凝土表面纹理不受搅拌叶片的影响。将各像素区域所计算得到的纹理指数的最小值作为当前周期内混凝土搅拌匀质度的表征。
上位控制设备实时对搅拌主机内混凝土的搅拌样本图像进行处理计算，监测混凝土纹理指数随搅拌时间增长发生的变化，当纹理指数在预设稳定时间内均位于预设值范围之内时，则认为混凝土搅拌匀质度合格，上位控制设备发出卸料指令控制出砼门打开完成搅拌生产，否则继续搅拌直到匀质度达标。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (12)

1.一种混凝土搅拌匀质度检测方法，其特征在于，包括：
采集搅拌主机内混凝土的样本图像；
对所述样本图像进行灰度化处理，得到灰度图像；
获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值；
将所述灰度范围值与预设的范围阈值进行比较，若所述灰度范围值小于所述范围阈值，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格；
其中，所述灰度范围值用于反映所述灰度图像中像素的灰度值分布范围。
2.根据权利要求1所述的混凝土搅拌匀质度检测方法，其特征在于，所述采集搅拌主机内混凝土的样本图像之前，还包括：
通过除尘装置对所述搅拌主机内进行除尘；和/或
通过照明装置对所述搅拌主机内进行补光。
3.根据权利要求1所述的混凝土搅拌匀质度检测方法，其特征在于，所述获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值之前，还包括：
对所述灰度图像进行分区，得到反映混凝土纹理分布的像素纹理区；
所述获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值，包括：
获取关于所述像素纹理区全部像素的灰度范围值。
4.根据权利要求3所述的混凝土搅拌匀质度检测方法，其特征在于，所述获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值之前，包括：
在所述像素纹理区中选择一个以上的子区域，其中每个所述子区域的大小相同；
所述获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值，包括：
选择各所述子区域中最小的灰度范围值。
5.根据权利要求1所述的混凝土搅拌匀质度检测方法，其特征在于，所述将所述灰度范围值与预设的范围阈值进行比较，若所述灰度范围值小于所述范围阈值，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格，包括：
分别将X个连续的取样周期采集的灰度范围值与所述范围阈值进行比较，若所有的灰度范围值均小于所述范围阈值，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格；
其中，X为大于零的自然数。
6.一种混凝土搅拌匀质度检测系统，其特征在于，包括：
图像采集模块，用于采集搅拌主机内混凝土的样本图像；
灰度化处理模块，用于对所述样本图像进行灰度化处理，得到灰度图像；
计算模块，用于获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值；
判定模块，用于将所述灰度范围值与预设的范围阈值进行比较，若所述灰度范围值小于所述范围阈值，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格；
其中，所述灰度范围值用于反映所述灰度图像中像素的灰度值分布范围。
7.根据权利要求6所述的混凝土搅拌匀质度检测系统，其特征在于，该系统还包括：
除尘装置，用于对所述搅拌主机内进行除尘；和/或
照明装置，用于对所述搅拌主机内进行补光。
8.根据权利要求6所述的混凝土搅拌匀质度检测系统，其特征在于，该系统还包括：
第一分区模块，用于对所述灰度图像进行分区，得到反映混凝土纹理分布的像素纹理区；
所述获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值，包括：
获取关于所述像素纹理区全部像素的灰度范围值。
9.根据权利要求8所述的混凝土搅拌匀质度检测系统，其特征在于，该系统还包括：
第二分区模块，用于在所述像素纹理区中选择一个以上的子区域，其中每个所述子区域的大小相同；
所述获取关于所述灰度图像全部像素的灰度范围值，包括：
选择各所述子区域中最小的灰度范围值。
10.根据权利要求6所述的混凝土搅拌匀质度检测系统，其特征在于，所述将所述灰度范围值与预设的范围阈值进行比较，若所述灰度范围值小于所述范围阈值，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格，包括：
分别将X个连续的取样周期采集的灰度范围值与所述范围阈值进行比较，若所有的灰度范围值均小于所述范围阈值，则判定混凝土搅拌匀质度为合格；否则，判定为不合格；
其中，X为大于零的自然数。
11.一种混凝土搅拌控制方法，其特征在于，包括：
根据权利要求1-5中任一项所述的方法判定所述混凝土搅拌的匀质度；
若判定所述混凝土搅拌的匀质度为合格，则控制出砼门打开，完成搅拌生产。
12.一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1-5中任一项所述的混凝土搅拌匀质度检测方法和/或权利要求11所述的混凝土搅拌控制方法。
CN202010197581.8A 2020-03-19 2020-03-19 混凝土搅拌匀质度检测方法、系统及混凝土搅拌控制方法 Pending CN111429420A (zh)

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